Reddit – Askscience – Waarom zijn wolken plat of lijken ze plat aan de onderkant?
Het korte antwoord is dat het specifieke soort wolk dat u beschrijft van onderaf wordt gevormd, waarbij de onderkant wordt bepaald door een specifieke atmosfeertemperatuur en dus uniform is over een groot gebied, en de bovenkant wordt bepaald door zowel het opwaartse momentum van een luchtpakket als convectiestromingen binnen het pakket, waardoor deze gezwollen is.
Een beetje meer detail, als u wilt. Lucht bevat water in gasvormige toestand (“waterdamp”), waarvan een maatstaf vochtigheid wordt genoemd. Het vermogen van lucht om waterdamp te bevatten is afhankelijk van de temperatuur, waarbij warmere lucht veel meer water kan bevatten dan koelere lucht. Wanneer de lucht zoveel mogelijk water bevat, is de vochtigheidsgraad 100% en wordt hij “verzadigd” genoemd. Als je probeert de 100% vochtigheid te overschrijden, door vocht toe te voegen of de temperatuur te verlagen, zal het overtollige vocht gedwongen worden van gasvormig water te condenseren in vloeibare druppels, en een wolk te vormen. Dat is wat er gebeurt als je uitademt op een koude dag: je hete adem is zowel warm als vochtig, en bevat vrij veel water, maar wanneer het de koude lucht raakt koelt het af en wordt het overtollige vocht gedwongen te condenseren tot een klein wolkje.
Nu een beetje meer natuurkunde. Hoe hoger je in de atmosfeer komt, hoe meer de druk en de temperatuur dalen. De druk daalt omdat er minder lucht boven je is om dat te veroorzaken, en de temperatuur daalt omdat gassen dat doen als je de druk verlaagt.
Laten we dit nu samenvoegen door ons een doorsnede van de atmosfeer voor te stellen. Er is waterdamp, vooral waar het laag en warm is. Naarmate je hoger komt, nemen temperatuur en druk af, en als de waterdamp er nog is, neemt de vochtigheid noodzakelijkerwijs toe tot de lucht verzadigd is en de overtollige damp moet condenseren in de vorm van een wolk. Als de doorsnede van de atmosfeer over een grote afstand uniform is, zullen ook de wolken dat zijn. Dit is de reden waarom wolken bases zo vaak vlak zijn: over de schalen waar we het over hebben (de paar kilometer lucht die een mens kan zien vanaf de grond) zijn temperatuur en vochtgehalte vrij uniform, dus de hoogte waarop je beetje lucht verzadigd raakt en een wolk vormt is vrij constant.
Nu, stel dat er in onze doorsnede nooit een punt komt waarop de lucht verzadigd raakt. We hebben een zonnige dag! Maar hoe creëer je wolken op een zonnige dag? Als je laaghangende vochtigheid hebt (zoals vaak het geval is, afkomstig van de grond, planten, meren, enz.) kun je die vochtige lucht omhoog brengen tot het koud genoeg wordt om een wolk te maken. Een goede manier om lucht op te stuwen op een zonnige dag is door het te verwarmen met de zon. Niet elk stukje land wordt even snel verwarmd, dus zijn er warmere en koudere plekken in de lucht erboven, en de warme lucht zal willen opstijgen ten opzichte van de koude buren, waardoor een thermiek ontstaat. Als je het zou kunnen zien, zou het veel lijken op een miniatuur paddestoelwolk.
Terwijl je thermiek opstijgt in je verder uniforme dwarsdoorsnede van lucht, zal het beginnen af te koelen en uiteindelijk de hoogte overschrijden waarop het verzadigd raakt, en je zult een mooie vlakke wolkbodem hebben. Maar je thermiek stijgt nog steeds, elk beetje condenseert tot wolk op diezelfde hoogte. Nog een leuk stukje natuurkunde: wanneer gasvormige waterdamp condenseert tot een vloeistof, geeft het warmte af, het omgekeerde proces van hoe je vloeibaar water in een gas verandert door warmte toe te voegen. Die warmte kan je kleine thermiek wat meer energie geven, door hier en daar wat convectie toe te voegen die kleine luchtbelletjes creëert van stijgende en dalende lucht, waardoor het een “popcorn” textuur krijgt, en de lucht net genoeg in beroering brengt om je turbulentie te geven als je erdoorheen vliegt. (Zet het proces op 11 om een onweersbui te creëren!)